Xiaomi 12S Ultra có thiết kế màn hình “nốt ruồi”. Máy trang bị cụm camera sau hình tròn khá nổi bật, bên cạnh nhãn hiệu Leica. Kháng nước và bụi bẩn chuẩn IP68. Xiaomi 12S Ultra có thiết kế hệ thống tản nhiệt được lấy cảm hứng từ các đường gân trên chiếc lá. Xiaomi 12S Ultra sở hữu màn hình công nghệ AMOLED LTPO 2.0 có kích thước 6. inch với độ phân giải 2K+, tần số quét 120Hz, mật độ điểm ảnh khoảng 521ppi. Màn hình máy cho độ sáng tối đa 1.500nit, đạt chứng nhận Dolby Vision. Xiaomi 12S Ultra tích hợp cảm biến vân tay vào bên trong màn hình.
Xiaomi 12 Ultra trang bị vi xử lý Snapdragon 8+ Gen 1, RAM lên đến 8GB/12GB và bộ nhớ trong dung lượng 256GB/512GB. Máy có viên pin dung lượng 4.860mAh, hỗ trợ sạc nhanh có dây 67W qua cổng USB-C. Máy hỗ trợ công nghệ sạc nhanh không dây 50W và sạc ngược 10W. Xiaomi 12 Ultra trang bị hệ thống ba camera sau. Xiaomi 12 Ultra có ống kính chính 50MP, quay video 8K ống kính góc siêu rộng 48MP và ống kính tele 48MP cho khả năng zoom tối đa 120x và hỗ trợ OIS. Camera selfie 32MP.
Xiaomi 12 Ultra có kết nối WiFi 6E và Bluetooth 5.2 . Máy có cổng hồng ngoại để có thể điều khiển từ xa cho một số thiết bị điện tử gia dụng. Chạy hệ điều hành Android 12 với giao diện tùy chỉnh MIUI 13. Ngoài ra, Xiaomi 12 Ultra có hệ thống loa âm thanh stereo được cân chỉnh bởi Harman Kardon. Xiaomi 12S Ultra có giá bán ở Việt Nam vào khoảng 21 triệu đồng.